L’erosió per onades a les costes de Tità

Geomorfologia comparada: Si fa deu dies parlàvem del cicle de l’aigua a Mart en referència a gebrades matinals dalt dels volcans més alts del Sistema Solar, avui parlàrem de les onades al llac de Tità. No es tracta, és clar, de res a veure amb el cicle de l’aigua, car els llacs de Tità no són fets d’aigua. Són, de fet, mars d’hidrocarburs. Des del punt de vista geomorfològic, aquests hidrocarburs a Tità fan el rol de líquid capaç d’excavar al llarg del temps valls fluvials. La geomorfòloga Rose V. Palermo, en tant que experta en sistemes litorals, ha liderat una recerca per aclarir si a Tità hi ha fenòmens d’erosió costanera anàlegs als que trobem a la Terra. En un article publicat a Science Advances, Parlemo et al. expliquen els senyals d’erosió per onades que han trobat en les costes de Tità. Val a dir que les observacions fetes per sondes com la Cassini-Huygens i els models teòrics ja indicaven que l’atmosfera de Tità és prou densa i dinàmica com perquè s’hi formin vents que facin alçar onades als llacs i mars del planeta, resultant en un fenomen d’erosió litoral. Per desgràcia hom no disposa d’imatges i dades prou detallades sobre l’evolució del litoral a Tità al llarg dels anys. Per acabar-ho d’adobar ni tan sols a la Terra hom disposa d’un marc teòric universalment acceptat que tradueixi la morfologia observable del litoral en mecanismes d’erosió costanera: i això que a la Terra onades i marees són ben conegudes i la geormorfologia del litoral seguida amb atenció. En aquest treball, Palermo et al. han combinat models d’evolució del paisatge amb mesures de la forma de la línia costera a la Terra: així poden caracteritzar com diferents mecanismes d’erosió litoral es manifesten geomorfològicament. En aplicar aquest marc teòric a les imatges que hom té de Tità, Parlermo et al. troben que les línies costaneres d’aquest planeta satèl·lit de Saturn són sobretot consistents amb paisatges que, un cop inundats, han patit els efectes d’onades, i no pas tant amb paisatges sotmesos a un procés erosiu uniforme o sense erosió costanera. En aquests models el creixement de les onades satura a distàncies de l’ordre de miriàmetres.

Els litorals queden marcats segons si pateixen predominantment un procés erosiu uniforme, per onades o per rius. A la Terra, trobem exemples de llacs on l’erosió dominant és uniforme (Kozjak Jezero, a Croàcia), amb poca influència d’onades i de rius. També trobem exemples com el Lake Lanier, als Estats Units, on la principal influència sobre el litoral l’exerceix l’erosió fluvial. En canvi, al Sebago Lake, també als Estats Units, domina l’erosió per onades. Palermo et al. mostren que a Tità els mars (com el Kraken Mare o el Ligeia Mare) s’assemblen més al Sebago Lake que al Lake Lanier o el Kozjak Jezero).

Els rius, llacs i mars de Tità

Tità és la lluna més gran de Saturn i l’onzè dels objectes coneguts del Sistema Solar en termes de massa. La pressió atmosfèrica de Tità és un 48% superior a la de la Terra. De fet, pel que sabem, la Terra i Tità són els únics planetes dels que sabem del cert que hi ha presència permanent de matèria en estat líquid en la superfície. A la Terra aquesta matèria líquida és aigua. A Tità, en canvi, els líquids són hidrocarburs. Si a la Terra hi ha un cicle de l’aigua en el que participen el glaç d’aigua, l’aigua líquida i el vapor d’aigua, a Tità el cicle d’hidrocarburs és alimentat per precipitacions facilitades per la densa atmosfera de metà, i manifestat en forma de rius, llacs i mars. De la mateixa manera que a la Terra hi ha regions climàtiques a diferents latituds, a Tità la major part dels mars d’hidrocarburs es concentren en les regions polars.

El llac Kozjak, al planeta Terra. Les onades són massa febles com per influir en la morfologia del litoral

La major part de la superfície de la Terra és coberta per un oceà global. No és el cas de Tità. Els llacs i mars de Tità varien en mida i formes, però els més grans tenen una mida comparable als Grans Llacs d’Amèrica del Nord. Si els llacs de Tità més petits són de perímetres arrodonits, els mars més grans són tan complexos morfològicament com els Grans Llacs d’Amèrica o d’Àfrica.

Els llacs i mars més grans de Tità reben aportacions fluvials. Les desembocadures fluvials hi solen formar estuaris. L’acció erosiva dels rius es manifesta en valls fluvials particularment en pregones en les regions que envolten les mars de Tità.

El cicle ‘hidrològic’ de Tità no es basa en l’aigua sinó en el metà. Una bona part dels hidrocarburs líquids es troben en llacs i mars. Les línies costaneres de llacs i mars poden donar-nos pistes sobre el passat i el present del clima de Tità en tant que reflecteixen la interacció entre els hidrocarburs líquids i el substrat geològic.

Les badies crenulades i amb forma de funel que trobem a les imatges de la NASA Cassini de Ligeia Mare (regió polar boreal de Tità) en els punts on desemboquen rius conviden a pensar que en el passat recent hi ha hagut un augment del nivell de la mar que ha acabat per inundar antigues valls fluvials. Seria un fenomen anàleg a les ries postglacials de la Terra.

A Ontario Lacus, l’únic gran llac de la regió polar austral de Tità no hi ha indicis d’aquestes ries. Això ha fet pensar que Tità pateix, com la Terra, de cicles de Milankovitch, que es manifesten en alteracions en les estacions dels hemisferis nord i sud. En la configuració actual, el nivell de la mar es trobaria en un punt alt a l’hemisferi nord i en un punt baix a l’hemisferi sud.

Les inundacions de valls fluvials en l’hemisferi nord de Tità obeirien a un canvi climàtic que també es manifestaria en la creació i formació per dissolució de petits llacs polars. Als mars més grans hi ha indicis d’erosió mecànica provocada per onades. Al capdavall la combinació d’una pressió atmosfèrica de 1,5 bars i de grans masses de líquid convidarien a la formació d’onades generades per vents. A més, cal recordar que a Tità la gravetat és inferior a la de la Terra (1,352 m·s^-2 vs. 9,807 m·s^-2), és superior la ratio de densitats entre l’atmosfera i la massa líquida i és menor la tensió superficial dels líquids hidrocarburs respecte la de l’aigua. Les dades de l’espectròmetre VIMS de la NASA Cassini suggereixen que taques isolades de superfícies líquides rugoses són, senzillament, onades. Alguns reflexos especulars que VIMS trobà a Kraken Mare podrien explicar-se per l’efecte d’onades. Imatges pel radar SAR de la NASA Cassini indiquen trets brillants transitoris que podrien ser onades superficials. La costa llarga i llisa del Ontarius Lacus podria explicar-se per processos de deposició dominats per onades.

El problema per acceptar totes aquestes evidències en favor d’onades a Tità és que no hi ha imatges in situ de superfícies líquides. A més les imatges que tenim no cobreixen els 30 anys que dura tot un cicle estacional a Tità. D’altra banda, les onades a Tità tenen en contra indicis teòrics com vents de velocitat lenta, una atmosfera massa densa, uns hidrocarburs líquids massa densos i viscosos i una deposició continuada d’aerosols.

Palermo et al. focalitzen l’atenció en l’erosió litoral, deixant de banda l’efecte que les onades poden generar sobre el transport de sediments. Com a model empren els mecanismes pels quals les onades a la Terra afecten la morfologia de costes rocalloses. Les mars del nord de Tità tenen unes costes retallades que es devien formar després de processos erosius fluvials sobre terrenys muntanyosos, i de la inundació generada per l’augment del nivell marítim. El litoral d’aquestes mars és dominat per plataformes litorals i penya-segats, amb poques o no gens morfologies deposicionals com ara platges. Palermo et al. assumeixen que el sediment generat pels processos erosius o bé no roman a la zona litoral o bé es massa poc abundant com per influir en la línia de costa. Són conscients que aquest criteri no s’aplicaria al Ontario Lacus.

La relació entre mecanismes erosius i morfologia no es troba del tot ben establerta per als llacs de la Terra. Se sap, però, que cada mecanisme pot manifestar-se en diferents dimensions fractals de la morfologia litoral. Descriptors el·líptics de Fourier suggereixen l’existència de quatre grups morfològics entre els llacs del nord de Tità. Palermo et al. contemplen bàsicament dos mecanismes d’erosió litoral: 1) l’erosió dominada per onades; 2) l’erosió uniforme. En el primer cas la taxa erosiva és proporcional al poder de les onades per trencar les roques del litoral. La potència de les onades, en llacs, és superior com és distància puguin recórrer abans d’arribar a la costa. Això explica que hi hagi llenques de costa oberta relativament llises en contrast amb la costa més retallada de les ries.

En l’erosió uniforme actuen processos com la dissolució i el retrocés. Cal recordar que l’escorça de Tità no és feta de roca en el sentit que ho és la de la Terra. L’escorça de Tità consisteix principalment d’aigua glaçada, amb un percentatge considerable d’hidrocarburs sòlids (com el benzè). Els llacs de Tità són fets fonamentalment de metà i età líquids, que poden dissoldre bona part dels hidrocarburs sòlids de l’escorça.

Palermo et al. analitzen tres possibilitats sobre litoral de Tità: 1) que l’erosió sigui dominada per onades; 2) que l’erosió sigui dominada per un procés uniforme (com la dissolució); 3) que no hi hagi erosió. Això es correspon a tres escenaris: 1) paisatges modelats per onades; 2) paisatges modelats per una erosió uniforme; 3) paisatges que han retingut l’estat originari de vall fluvial inundada. Les dades que presenten Palermo et al. afavoreixen la possibilitat 1).

Model d’erosió litoral

Palermo et al. han simulat la incisió fluvial i l’erosió litoral de paisatges sintètics utilitzant el model NEWTS. Les línies inicials de costa foren erosionades al 94% del relleu inicial per reproduir l’erosió fluvial. Seguidament eren inundades de tal manera que les valls fluvials tornaven ries. Les costes resultants eren sotmeses bé a una erosió per onades o a una erosió uniforme fins a augmentar en un 50% la superfície del llac. L’erosió per onades assum un camp de vents isotròpic: la força de les onades depèn de la distància que puguin recórrer abans de trencar.

L’erosió uniforme condueix a l’ampliació del sistema originari de ries, mentre que en l’erosió per onades el sistema de ries es veu reduït. Palermo et al. es fixen en la diferència produïda en la rugositat de la línia litoral i la distància de recorregut de les possibles onades. Aquesta distància depèn de la mida de la conca, i de la distància a la qual saturen les onades (la mida màxima de les tempestes).

Per comprovar la sensibilitat del model, Palermo et al. també han fet simulació d’erosió litoral sota un clima anisotròpic de vents i onades.

Llacs reals de la Terra i de Tità

Palermo et al. comproven la classificació tripartida de llacs del seu model en set llacs de la Terra. A Lake Murray, Lake Lanier i Fort Peck Lake troben una línia de costa compatible amb un paisatge incidit per rius i després inundat, cosa esperable tractant-se d’embassaments artificials: l’erosió posterior juga un paper menor. A Sebago Lake i Lake Rotoehu el litoral ha estat marcat per les onades. A Prošćansko Jezero i Kozjak Jezero, en canvi, el litoral ha estat dominat per un procés d’erosió uniforme: l’erosió dels substrats calcaris en sistemes kàrstics són una bona analogia de la dissolució que els llacs d’hidrocarburs realitzen sobre la fracció hidròfoba de l’escorça de Tità.

Palermo et al. es fixen en tres mars de Tità (Ligeia Mare, Punga Mare i Kraken Mare) i en un llac de Tità (Ontario Lacus). A Ontario Lacus troben un litoral marcat per l’erosió per onades. A les tres mars analitzades domina un litoral sense erosió, però allà on sí hi ha erosió les onades juguen un paper preponderant sobre l’erosió uniforme. Quan Parlermo et al. assumeixen que el recorregut màxim de les onades és de 20 km, el rol de l’erosió per onades sembla més gran per a les tres mars analitzades. Així doncs l’erosió per onades en un context explicaria la morfologia de la línia de costa d’aquests mars.

Lligams:

- Signatures of wave erosion in Titan’s coasts. Rose V. Palermo, Andrew D. Ashton, Jason M. Soderblom, Samuel P. D. Birch, Alexander G. Hayes, J. Taylor Perron. Science Advances (2024)